TMS320C三大系列的中断系统Word格式.docx

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当它为0时，全局中断使能开。

在实时仿真模式中，INTM被忽略[1]。

1.2　不可屏蔽的中断

当C28x检测到不可屏蔽中断时，会立即转入相应的中断服务子程序。

不可屏蔽中断包括所有软件中断（INTR、TRAP指令）：

执行INTR中断指令时：

相应的IER位会自动清0，而TRAP指令不对IFR或IER产生影响。

硬件中断NMI：

NMI输入管脚的低电平触发。

非法指令中断（Illegal-instructiontrap）：

遇到非法的指令操作时触发此中断。

硬件复位中断（RS）：

当输入信号RS触发此中断时，CPU寄存器被复位到初始值，然后转入执行相应的复位中断子程序。

2外设中断扩展控制器PIE

C28x系列芯片拥有丰富的片内外设，每个外设根据不同的事件可以产生一个或多个中断请求。

而在CPU层次上，最多可以处理32个中断，因此，如果有更多的中断触发事件，仅依靠CPU已无法处理。

C28x通过外设中断扩展控制器（PIE）增加了可用的中断数目，增强了芯片的中断处理能力。

C28x系列DSP芯片的PIE可以处理多达96个中断。

将PIECTRL寄存器的0比特位置1可以启用PIE模块。

2.1　PIE中断扩展的原理

PIE扩展出的96个中断分为12组，分别对应CPU中断INT1到INT12。

每组8个中断复用成一个CPU中断INTx。

复用过程主要由三个层次的使能来实现。

（1）外设层次。

当外设有中断事件发生时，寄存器中相应的中断标志位（IF）置1。

如果相应的中断使能标志位（IE）是置1的，则此外设向PIE产生一个中断请求信号；

若IE为0则保持IF不变，等到IE置1时，外设再向PIE产生中断请求信号。

（2）PIE层次。

96个中断被分为12组，对应12个中断标志寄存器（PIEIFRx）和12个中断使能寄存器（PIEIERx）。

每组8个中断，都有对应的中断标志位PIEIFRx.y和中断使能位PIEIERx.y。

每个PIE中断组都有一个中断接收信号PIEACKx当外设向PIE发出中断请求信号，相应的PIEIFRx.y被置1，如果PIEIERx.y也是1，则PIE会检测相应的PIEACKx，如果PIEACKx是0则PIE向CPU发出中断请求INTx，如果是1，则PIE等到它清零后再向CPU发出中断请求。

如果同一PIE中断组中同时有多个中断发生，则PIE按照组内中断优先级来处理。

（3）CPU层次。

当PIE将中断请求送给CPU后，CPU中相应INTx的标志位IFR被置1，但这个中断要等到满足相应的使能条件才能被CPU响应。

综上，PIE扩展中断数目，其最根本的原理就是增加PIE一级的中断使能和优先级判断。

CPU决定INT1到INT12的中断优先级，PIE决定12组中断中，每8个中断的优先级。

2.2　PIE中断向量表及中断向量表的映射选择DSP芯片运行时，扩展后的PEI中断向量表必须存储在PIERAM中。

PIERAM是SARAM中一个特殊的256×

16的存储块，它的起始地址是数据存储空间的0x000D00。

C28x系列DSP芯片有5个可用的中断向量表，到底使用哪个取决于中断向量表映射模式的选择。

控制中断向量表映射的比特位有：

VMAP（状态寄存器ST1的第4个比特位）、M0M1MAP（ST1的第12个比特位）、MP/MC（XINTCNF2寄存器的第9个比特位）、ENPIE（PIECTRL寄存器的第1个比特位）。

对于C28x的芯片M0、M1模式是保留不用的模式，BROM模式只在测试时才用到，实际应用中都使用PIE映射模式（UMAP=1且ENPIE=1）。

2、TMS320C5000系列中断系统

本文选择5000系列的C54x作为代表芯片对其中断系统进行介绍。

1、C54xDSP的中断可以分成如下两大类：

第一类是可屏蔽中断。

这些都是可以用软件来屏蔽或用软件来使能的硬件和软件中断源。

C54xDSP最多可以支持16个用户可屏蔽中断。

第二类是不可屏蔽中断，这些中断是不能够屏蔽的。

C54xDSP总是响应这一类中断。

C54xDSP的非屏蔽中断包括所有的软件中断与和两个外部硬件中断，这两个中断可通过硬件控制也可通过软件控制。

复位中断对C54xDSP所有操作

方式产生影响，而中断不会对C54xDSP的任何操作模式产生影响。

但中断被声明时，禁止所有其他中断。

2、中断标志寄存器（IFR）和中断屏蔽寄存器（IMR）

中断标志寄存器和中断屏蔽寄存器都是存储器映射的CPU寄存器。

IFR对各硬件中断进行标志，当一个中断触发时，IFR中的相应的中断标志位置1，直到CPU识别该中断为止。

IMR对各硬件中断进行屏蔽或使能，某位为0表示此中断被屏蔽（禁止），某位为1表示此中断使能（以状态寄存器INTM位为0为前提条件）。

对IFR来说，某位为1表示DSP收到了一个相应的中断请求，用软件将IFR某位置1，等效于DSP收到了一个中断请求。

通常在开始某中断前，都将IFR对应位中记录的过期中断标志清0[2]。

3、中断响应过程

1.接收中断请求

一个中断由硬件器件或软件指令请求。

当产生一个中断请求时，IFR寄存器中相应的中断标志位被置位。

不管中断是否被处理器应答，该标志位都会被置位。

当相应的中断被响应后，该标志位自动被清除。

1）硬件中断请求

外部硬件中断由外部中断口的信号发出请求，而内部硬件中断由片内外设的信号发出中断请求。

2）软件中断请求

软件中断由如下程序指令发出中断请求：

（1）INTR该指令允许执行任何一个中断服务程序。

指令操作数（K）表示CPU分支转移到哪个中断向量地址。

表3.1～3.6列出了用于指向每个中断向量位置的操作数K。

当应答INTR中断时，ST1寄存器的中断模式位（INTM）被设置为1以禁止可屏蔽中断。

（2）TRAP该指令执行的功能与INTR指令一致，但不用设置INTM位。

（3）RESET该指令执行一个非屏蔽软件复位，可以在任何时候被使用并将C54xDSP置于已知状态。

RESET指令影响ST0和ST1寄存器，但是不会影响PMST寄存器。

当应答RESET指令时，INTM位被调协为1以禁止可屏蔽中断。

IPTR和外设寄存器的初始化与硬件复位的初始化是不同的。

4．应答中断

硬件或软件中断发送了一个中断请求后，CPU必须决定是否应答该中断请求。

软件中断和非屏蔽硬件中断会立刻被应答，可屏蔽中断仅仅在如下条件满足后才被应答。

1）最高优先级

当超过一个硬件中断同时被请求时，C54xDSP按照中断优先级响应中断请求。

2）INTM位清0

ST1的中断模式位（INTM）使能或禁止所有可屏蔽中断。

（1）当INTM=0，所有非屏蔽中断被使能。

（2）当INTM=1，所有非屏蔽中断被禁止。

当响应一个中断后，INTM位被置1。

如果程序使用RETE指令退出中断服务程序（ISR）后，从中断返回后INTM重新使能。

使用硬件复位或执行RSBXINTM指令（禁止中断）会将

INTM位置1。

通过执行BSBXINTM指令（使能中断），可以复位INTM位。

INTM不会自动修改IMR或IFR。

（3）IMR屏蔽位为1

每个可屏蔽中断在IMR中有自己的屏蔽位。

为了使能一个中断，可以将屏蔽位置1。

INTR指令会强制PC到相应地址，并且获取软件向量。

当CPU读取软件向量的第一个字时，它会产生（中断应答信号）信号，而清除相应的中断标志位。

对于被使能的中断，当产生（中断应答信号）信号时，在CLKOUT的上升沿，地址位A6～A2会指明中断号。

如果中断向量驻留在片内存储器，并且用户想查看这些地址，C54xDSP必须在地址可见模式下工作（AVIS=1），以便中断号被译码。

如果当C54xDSP处于Hold模式并且HM=0时，则会产生一个中断。

当信号有效时，地址不可见[3]。

5．执行中断服务程序

当应答中断后，CPU会采取如下的操作：

（1）保存程序计数器（PC）值（返回地址）到数据存储器的堆栈顶部。

程序计数器扩展寄存器（XPC）不会压入堆栈的顶部，也就是说，它不会保存在堆栈中。

因此，如果ISR位于和中断向量表不同的页面，用户必须在分支转移到ISR之前压入XPC到堆栈中。

FRET[E]指令可以从ISR返回。

（2）将中断向量的地址加载到PC。

（3）获取位于向量地址的指令（分支转移被延时，并且用户也存储了一个2字指令或两个1字指令，则CPU也会获取这两个字）。

（4）执行分支转移，转到中断服务程序（ISR）地址（如果分支转移被延时，则在分支转移之前会执行额外的指令）。

（5）执行ISR，直到一个返回指令中止ISR。

（6）将返回地址从堆栈中弹出到PC中。

（7）继续执行主程序。

根据中断请求源的两种不同类型，分别描述其中断操作流程：

（1）如果请求的是一个可屏蔽中断，则操作过程如下：

①设置IFR的相应标志位。

②测试应答条件（INTM＝0并且相应的IMR＝1）。

如果条件

为真，则CPU应答该中断，产生一个（中断应答信号）信号；

否则，忽略该中断并继续执行主程序。

③当中断已被应答后，IFR相应的标志位被清除，并且

INTM位被置1（屏蔽其他可屏蔽中断）。

④PC值保存到堆栈中。

⑤CPU分支转移到中断服务程序（ISR）并执行ISR。

⑥ISR由返回指令结束，返回指令将返回地址从堆栈中弹出给PC。

⑦CPU继续执行主程序。

（2）如果请求的是一个非屏蔽中断，则操作过程如下：

①CPU立刻应答该中断，产生一个（中断应答信号）信号。

②如果中断是INTR指令请求的，则INTM位被置1（屏蔽其他可屏蔽中断）。

③如果INTR指令已经请求了一个可屏蔽中断，那么相应标志位被清除为0。

6.重新映射中断向量地址

中断向量可以映射到程序存储器的任何128字页面的起始位置，除保留区域外。

中断向量地址是由PMST寄存器中的IPTR（9位中断向量指针）和左移两位后的中断向量序号（中断向量序号为0～31，左移两位后变成7位）所组成。

例如，如果被声明为低优先级，并且IPTR=0001h，则中断向量的地址为00C0h，中断向量号为16。

复位时，IPTR所有的位被置1（IPTR=1FFh），并按此值将复

位向量映射到程序存储器的511页空间。

所以，硬件复位后总是从0FF80h开始执行程序。

加载除1FFh之外的值到IPTR后，中断向量可以映射到其他地址。

例如，用0001h加载IPTR，那么中断向量就被移到从0080h单元开始的程序存储器空间。

注意：

硬件复位向量不能被重新映射，因为硬件复位会加载1到IPTR所有的位，因此，硬件复位向量总是指向程序空间的FF80h位置。

三、TMS320C6000的中断系统

C6000的中断可以分为3类：

1．RESET

2．非屏蔽中断

3．可屏蔽中断

RESET是优先级最高的中断，它连接到外部的RESET/管脚，非屏蔽中断NMI为第二优先级的中断，它对应外部的NMI管脚。

INT4－INT15为较低优先级的中断（INT15为最低）[4]。

复位是最高优先级的中断，用来将CPU返回到固定的状态复位是一个低有效信号，所有别的中断信号是高有效。

为了使CPU正确的初始化，复位低电平必须保持10个时钟周期。

正在执行的指令停止，寄存器回到默认状态复位的ISFP必须在地址“0”。

2．NMI非屏蔽中断

要使能NMI中断，需将IER中的NMIE位置“1”，跳转的延迟等待会阻止NMI中断的进程。

复位时NMIE被清“0”，当NMI产生时，NMIE被清“0”，手动无法清除NMIE，但可以设置NMIE来允许中断嵌套。

3．可屏蔽中断（INT4－INT15）

可屏蔽中断产生的条件：

控制状态寄存器CSR中的全局中断使能位GIE设为“1”中断使能寄存器IER中的NMIE位设为“1”IER中对应的中断使能位置为“1”。

4．中断响应和中断号

中断响应IACK表明CPU开始执行一个中断，中断号INUMn表明所执行的是几号中断。

5．中断服务表IST

当CPU执行一个中断时，它参考中断服务表，中断服务表里包含中断服务程序的指令包。

每个中断服务取指包（ISFP）包含8条指令。

5．中断控制寄存器列表：

表1中断控制寄存器列表

5.1控制状态寄存器：

表2控制状态寄存器

GIE为可屏蔽中断使能：

GIE＝0，所有的可屏蔽中断禁止；

GIE＝1，所有的可屏蔽中断使能；

5.2中断清除寄存器：

表3中断清除寄存器

向相应的位写1可手动清除IFR寄存器中的相应位，使可屏蔽中断清除。

5.4中断使能寄存器：

表4中断使能寄存器

NMIE位为所有的非复位中断（NMI和INT4－INT15）使能位

NMIE＝0，禁止所有非复位中断；

NMIE＝1，使能所有非复位中断。

IE4－IE15对应INT4－INT15，该为置1时使能相应的中断，置0时禁止相应中断。

5.5中断标志寄存器：

表5中断标志寄存器

相应位为1表明有相应的中断产生[5]。

5.6中断设置寄存器ISR：

表6中断设置寄存器ISR

手动设置向相应的位置1可使IFR中相应位为1。

6．中断的检测和执行

下图说明了中断产生的过程，CPU时钟周期1在外部中断管脚产生了一个上升沿，两个时钟周期后到达CPU的边界，中断信号进入CPU后在时钟周期4被检测，检测后两个周期（时钟周期6）置中断标志寄存器。

执行一个非复位中断的条件：

1）IFm在CPU时钟6被设置位“1”（处理器的中断逻辑自己设置）；

2）IFR中没有更高优先级的中断被置“1”；

3）IER中相应的位应被设为“1”（用户在程序中设置）；

4）CSR中的GIE被设为“1”（用户在程序中设置）；

5）IER中的NMIE位被设为“1”（用户在程序中设置）；

6）前5个（N到N＋4）执行包中不包含跳转和不在跳转的Delayslots中。

执行非复位中断的过程：

1）其他非复位中断的进程被禁止

2）对所有的可屏蔽中断，GIE中的值被拷贝到PGIE中，然后GIE被清零；

3）对于NMI，NMIE被清零；

4）下一个（从N＋5）执行包被取消，如果一个执行包在流水线的特定阶段被取消，它不会改变CPU的任何状态，这个取消操作也迫使该指令在将来的流水线阶段被取消。

5）在时钟周期7IACK被产生，特定的INUM值用来表明那个中断正在被执行；

6）IFm在时钟周期8被清除；

7）时钟周期9跳转到ISTP中所指的地址，即中断向量表所放的位置。

7．中断嵌套

通常情况下，执行一个可屏蔽中断服务子程序时，其他可屏蔽中断是被禁止的。

而这时，NMI是可以被响应的。

即通常情况下可屏蔽中断之间是不能互相嵌套的。

如果要实现中断的嵌套，需要在软件里进行操作：

1）保存IRP

2）保存PGIE

3）GIE位被设为“1”

8.TMS320C54XDSP的中断编程中应该注意的问题

8.1中断运行机制

C54系列的中断向量表占用连续128B空间，每个中断向量占用连续4B空间，因此每个中断向量的地址构成方式为：

PC＝（IPTR）＜＜7＋（Vector[n]）＜＜2，Vector[n]为中断向量号，取值于区间[031]的整数。

中断向量表总是以汇编的形式出现。

当DSP接收到一个中断时（接收中断请求），如果是软件中断或者可屏蔽中断已开（中断确认），将暂停正在执行的程序转而运行中断向量程序，即在中断向量表中查找中断服务程序的入口地址，查到后便进入中断服务程序的运行（执行中断服务程序），运行完成后再回到主程序中继续先前的程序运行。

因此，中断程序的编写便包括三个方面：

中断产生和开启；

中断服务程序；

中断向量程序。

其中，最关键的问题是中断向量表程序的编写和内存定位。

当硬件复位时，IPTR＝1FFH，表示中断向量表就放在以0FF80H（默认）为起始地址的连续128B空间，DSP可从中断向量表进入并执行复位中断服务程序，即进入项目主程序。

可见，DSP将Reset作为一个中断，从而完成了主程序的启动（或重新启动）。

在主程序中修改IPTR值可以重新映射中断向量表，主程序运行之后便将中断向量表放至方便查找的位置。

中断向量表的内容由中断向量构成，每一个中断向量存放着与之对应的中断服务程序的入口地址。

采用定时器中断产生一个方波。

该中断系统的设计包括：

中断向量表；

主程序；

内存配置程序。

中断服务程序编写:

＿TINT0＿ISR：

PSHMST0

BANZNext，*Counter－

STM＃CounterSet,Counter

BITF*AR2，＃1

BCResetXF，TC

setXF：

SSBXXF

ST＃1，*AR2

BNext

ResetXF：

RSBXXF

ST＃0，*AR2

Next：

POPMST0

MVDK*AR2，y

ADDM＃0H，y

NOP

RETE

在定时器中断服务程序的开始处使用标号，该标号可以看作是该中断服务程序的名字，即

“＿TINT0＿ISR”。

8．2建立中断向量表

8．2．1中断向量程序

中断向量表的建立主要涉及几个关键技术：

（1）引用中断服务程序标号，如“．ref＿TINT0＿ISR”。

（2）引用其他在中断向量程序中使用的程序标号，如“．ref＿c＿int00”“．ref＿＿ret”。

（3）在中断服务程序开始处定义一个中断服务程序标号，并定义为一个变量，如“．globalvector”。

用于主程序修改IPTR（中断向量指针寄存器）的值，指向中断向量表的新位置，实现中断向量表的重新定位。

从而可得中断向量表程序。

．mmregs

．ref＿＿ret

．ref＿c＿int00

．ref＿TINT0＿ISR

．globalvector

．sect″．int＿table″

vector：

rsb＿c＿int00

nop

nmib＿ret

sint17．space4*16

sint18．space4*16

sint19．space4*16

sint20．space4*16

sint21．space4*16

sint22．space4*16

sint23．space4*16

sint24．space4*16

sint25．space4*16

sint26．space4*16

sint27．space4*16

8．2．2生成中断向量表

中断向量表有两种内存定位方案：

（1）在中断向量程序中使用伪指令“．align0x80”，CCS自动将中断向量表分配至整页，但程序员不清楚中断向量表的具体地址。

（2）在中断向量程序开始处，将中断向量表定义为已命名段，如“．sect‘．int＿vector’”；

然后，在配置文件中将该已命名段放至指定地址（二进制的低7位必须为零），程序员清楚中断向量表的具体地址。

MEMORY{

PAGE0：

VEC：

origin＝0x1C00，length＝0x0080

PROG：

origin＝0x1C80，length＝0x1000

PAGE1：

DATA：

origin＝0x0060，length＝0x0060

STACK:

origin＝0x00C0，length＝0x0400

}

SECTIONS{

．int＿table：

{}＞VECPAGE0

．text：

{}＞PROGPAGE0

．data：

．bss：

{}＞DATAPAGE1

．stack：

{}＞STACKPAGE1

8.3主程序编写

主程序的编写包括多项关键技术：

（1）首先定义中断服务程序的标号为全局变量，以备中断服务程序使用，如“．def＿TINT0＿ISR”。

（2）定义中断服务程序中用到的标号或变量。

如“．def＿c＿int00”“．def＿＿ret”。

（3）修改IPTR值，使其指向中断服务程序的入口地址处。

（4）屏蔽所有中断，设置相关中断，然后使能相关中断，开启全局中断。

参考文献：

[1]汪安明